基于FPA的氣動(dòng)柔性蘋(píng)果采摘末端執(zhí)行器研究.pdf

1、蘋(píng)果是最受人們歡迎的水果之一，其種植面積和產(chǎn)量逐年增加，但目前采摘主要由人工完成，并且作業(yè)期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的減少，研究采摘機(jī)器人代替人工完成蘋(píng)果采摘作業(yè)十分必要。但是由于蘋(píng)果本身的特性及其形態(tài)的限制，到目前為止國(guó)內(nèi)外的蘋(píng)果采摘的自動(dòng)化程度仍然很低，本課題針對(duì)以上的問(wèn)題，提出研究適用于蘋(píng)果采摘作業(yè)的末端執(zhí)行器。
　　 末端執(zhí)行器作為機(jī)器人與外界環(huán)境互相作用的最后執(zhí)行部件一直受到研究人員的關(guān)注。除了傳

2、統(tǒng)的剛性驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)以外，本課題組研究的新型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器FPA（Flexible Pneumatic Actuator），既是驅(qū)動(dòng)器也是執(zhí)行器，可以直接構(gòu)成各種關(guān)節(jié)，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了氣動(dòng)柔性彎曲關(guān)節(jié)，但由于橡膠管易變形，彎曲關(guān)節(jié)在載荷方向會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。本文在彎曲關(guān)節(jié)原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了關(guān)節(jié)的側(cè)向剛度。由三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)組成的末端執(zhí)行器在保持一定柔性的同時(shí)也兼顧了剛度，工作時(shí)向彎曲關(guān)節(jié)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器FPA內(nèi)充入壓縮氣體，實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行

3、器的運(yùn)動(dòng)。主要研究?jī)?nèi)容：
　　 （1）對(duì)采摘對(duì)象蘋(píng)果進(jìn)行了基本的力學(xué)特性的研究，利用萬(wàn)能電子試驗(yàn)機(jī)，完成蘋(píng)果壓縮試驗(yàn)與蘋(píng)果果柄剪切試驗(yàn)，分析討論了它們的特性關(guān)系；
　　 （2）設(shè)計(jì)了基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器FPA的新型彎曲關(guān)節(jié)，用力學(xué)分析的方法對(duì)彎曲關(guān)節(jié)進(jìn)行建模，分析建立關(guān)節(jié)彎曲量及輸出力與其內(nèi)腔氣體壓力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成彎曲關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角實(shí)驗(yàn)與彎曲關(guān)節(jié)輸出力實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，理論分析與實(shí)際結(jié)果相一致；
　

4、　 （3）研制了一種基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器FPA的末端執(zhí)行器，建立了末端執(zhí)行器抓取蘋(píng)果目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)末端執(zhí)行器抓持方式進(jìn)行了研究比較；
　　 （4）分析了磨削式、旋轉(zhuǎn)剪切式和直線剪切式三種果枝分離機(jī)構(gòu)，并分別對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，其中旋轉(zhuǎn)剪切式果枝分離機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，作為本文設(shè)計(jì)的末端執(zhí)行器果枝分離機(jī)構(gòu)；
　　 （5）搭建了末端執(zhí)行器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，該末端執(zhí)行器有較大的輸出力，并具有很好的柔順性，滿足蘋(píng)